BẢN TIN KHOA HỌC

 

Kiến trúc lá và biến thiên độ lớn genome của sầu riêng Durio zibethinus L. tại Jelebu, Negeri Sembilan, Malaysia

Nguồn: Kamaruddin Shamin-Shazwan, Rozilawati Shahari, Che Nurul Aini Che Amri, Mohd Razik Midin. 2024. Leaf Architecture and Genome Size Variation of Durio zibethinus L. from Jelebu, Negeri Sembilan, Malaysia. Trop Life Sci Res.; 2024 Mar; 35(1):179-196. doi: 10.21315/tlsr2024.35.1.10.

 

  

 

Sầu riêng Durio zibethinus L. nổi tiếng là vua của giống cây ăn trái (king of fruit) ở Malaysia. Trong khi đó, Jelebu, Negeri Sembilan luôn được người ta xem là quận thuộc hàng “top choice” (lựa chọn hàng đầu) để cho người yêu thích sầu riêng với địa danh “Durian Kampung Jelebu”, nơi sở hữu giống ngòn hàng đầu của dòng sầu rie6ng thượng hãng D. zibethinus - dòng D197 Musang King và dòng D24. Tuy nhiên, người ta rất thiếu cơ sở dữ liệu định danh (taxonomic data) của D. zibethinus đặc biệt tại xứ Jelebu. Nghiên cứu này nhắm mục tiêu phân tích kiến trúc lá và biến thể của kích thướng hệ gen (genome size) đối với những mẫu giống sầu riêng được tuyển lựa tại Jelebu. Năm mẫu giống sầu riêng D. zibethinus của Jelebu được xem xét. Ba mươi bảy thông số kiểu hình của đặc điểm hình thái lá to và hoa văn gân lá được quan sát, được ghi nhận phục vụ cho sự xác định và phân hạng các mẫu giống sầu riêng D. zibethinus của Jelebu. Bảy thông số kiểu hình được ghi nhận là chiều dài cuống lá, đặc điểm cuống lá, kích cỡ lá, dạng hình lá, dạng gốc lá, diện tích là ở tầng thấp, màu sắc lá và độ thoáng trong tán lá, tất cả được sử dụng để phân biệt giữa các mẫu giống với nhau. Kết quả: sự biến thiên di truyền có tính chất “intraspecific” (trong cùng loài) biểu hiện giữa các mẫu giống sầu riêng của Jelebu với độ lớn của hệ gen 1.7433 pg và 1.800 pg. Như vậy, dữ liệu của kiến trúc lá và genome size của mẫu giống sầu riêng D. zibethinus rất hữu íchgiúp phân loại sớm và xác định được mẫu giống.
Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39262871/

 

Cơ chất biến dưỡng “E3 ubiquitin ligase receptor” làm suy thoái yếu tố phiên mã SmNAC để gia tăng tính kháng bệnh “bacterial wilt” của cà tím

  

Nguồn: Shuangshuang Yan, Yixi Wang, Bingwei Yu, Yuwei Gan, Jianjun Lei, Changming Chen, Zhangsheng Zhu, Zhengkun Qiu, Bihao Cao. 2024. A putative E3 ubiquitin ligase substrate receptor degrades transcription factor SmNAC to enhance bacterial wilt resistance in eggplant. Horticulture Research; Volume 11, Issue 1, January 2024, uhad246, https://doi.org/10.1093/hr/uhad246

Bệnh héo khô vi khuẩn (bacterial wilt: BW) do vi khuẩn Ralstonia solanacearum gây ra từ đất, rất nghiêm trọng trên toàn thế giới, làm giảm sản lượng cây trồng thuộc họ Cà (Solanaceae). SmNAC điều tiết thụ động giúp cà tím kháng BW thông qua kềm chế sinh tổng hợp salicylic acid (SA). Tuy nhiên, những cơ chế khác thông qua SmNAC điều tiết được tính kháng bệnh BW vẫn chưa được người ta biết rõ. Ở đây, nhóm tác giả xác định một “interaction factor” (yếu tố tương tác) có tên SmDDA1b, mã hóa một receptor đóng vai trò cơ chất đối với men E3 ubiquitin ligase, từ thư viện cDNA của cây cà tím, sử dụng SmNAC như bẫy. Biểu hiện gen SmDDA1b được tăng cường nhờ chủng vi khuẩn R. solanacearum và thử nghiệm SA ngoại sinh. Sự câm gen nhờ virus kích hoạt SmDDA1b đã ức chế tính kháng bệnh héo rũ BW của cà tím; sự biểu hiện mạnh mẽ gen SmDDA1b làm tăng cường tính kháng bệnh BW của cây cà chua. SmDDA1b tích cực điều tiết tính kháng bệnh BW nhờ ức chế được sự lan rộng của vi khuẩn R. solanacearum trong cây. Hàm lượng SA và gen sinh tổng hợp SA (ICS1), các gen trong lộ trình truyền tín hiệu đều giảm xuống trong cây bị xử lý câm gen SmDDA1b, nhưng tăng trong cây có biểu hiện mạnh gen SmDDA1b. Hơn nữa, protein SmDDB1 cho thấy tương tác với SmCUL4 và SmDDA1b; các thí nghiệm phân rã proteincho thấy rằng SmDDA1b làm giảm protein SmNAC thôn qua sự phân rã proteasome. Bên cạnh đó, SmNAC có thể gắn kết trực tiếp với promoter của gen SmDDA1b rồi ức chế sự phiên mã của nó. SmDDA1b là một regulator mới có chức năng trong tính kháng bệnh BW của cây họ Cà thông qua lộ trình SA trung gian bởi SmNAC. Kết quả cho thấy vòng phản hồi tiêu cực giữa SmDDA1b và SmNAC điều khiển tính kháng bệnh BW.
Xem https://academic.oup.com/hr/article/11/1/uhad246/7452860?login=false

 

Đột biến knockout nhờ hệ thống CRISPR/Cas đối với gen mã hóa NADPH oxidase (OsRbohB) làm giảm ROS, làm tăng tính trạng chống chịu nóng của cây lúa

Nguồn: Xiaolong Liu, Ping Ji, Jingpeng Liao, Ximiao Duan, Zhiyang Luo, Xin Yu, Chang-Jie Jiang, Chen Xu, Hongtao Yang, Bo Peng, Kai Jiang. 2024.CRISPR/Cas knockout of the NADPH oxidase gene OsRbohB reduces ROS overaccumulation and enhances heat stress tolerance in rice. Plant Biotechnology Journal; 01 November 2024; https://doi.org/10.1111/pbi.14500

 

  

 

Stress nóng (HS) đã và đang là yếu tố chính làm hạn chế năng suất cây trồng trên toàn thế giới. Stress nóng ức chế sự tăng trưởng của cây bởi “ROS accumulation” (tích tụ gốc ô xy tự do), và NADPH oxidases (Rbohs) là những producers chủ lực của ROS trong cây. Ở đây, các tác giả chỉ ra rằng đột biết knockout nhờ CRISPR/Cas đối với gen OsRbohB (OsRbohB-KO) làm tăng đáng kể tính kháng của cây lúa với stress nóng HS bao gồm ở nhiều giai đoạn tăng trưởng khác nhau. Người ta làm cho hai gen OsRbohB-KO và OsRbohB biểu hiện mạnh mẽ (OsRbohB-OE) trong các dòng lúa thuộc loại hình japonica, giống lúa Nipponbare. So với cây lúa nontransgenic (dòng đối chứng wild-type: WT), các dòng OsRbohB-KO có sự gia tăng đáng kể hàm lượng diệp lục (5.2%–58.0%), sự tăng trưởng của cây lúa (48.2%–65.6%), năng suất hạt (8.9%–20.5%), trong khi đó, nó đã làm giảm đi tích tụ ROS trong hạt mầm (21.3%–33.0%), trong cây mạ (13.0%–30.4%), trong túi phấn (13.1%–20.3%) và trong hạt thóc (9.7%–22.1%), trong nghiệm thức xử lý nhiệt độ nóng. Phân tích thành phần năng suất cho thấy cây OsRbohB-KO tăng năng suất nhờ tăng hoạt động men “starch synthetase”, số hạt trên bông (2.0%–9.3%), số hạt chắc (4.8%–15.5%), tý lệ hạt chắc (2.4%–6.8%), khối lượng 1000 hạt (2.9%–7.4%) trong điều kiện HS ở giai đoạn sinh dục. Hạt xay chà và chất lượng hạt gạo biểu hiện, hàm lượng tinh bột đều tăng đáng kể trong cây lúa OsRbohB-KO trong nghiệm thức xử lý HS ở giai đoạn lúa chín. Hơn nữa, OsRbohB-KO điều tiết theo kiểu “up” một cách ý nghĩa, mức độ biểu hiện các gen có liên quan đến “heat shock:, OsHSP23.7, OsHSP17.7, OsHSF7 và OsHsfA2a, trong cây mạ non và trong hạt trong điều kiện “long-term HS” (xử lý nóng dài hạn). Trái lại, OsRbohB-OE cho kết quả về kiểu hình trái ngược hoàn toàn với OsRbohB-KO trong tất cả trường hợp. Kết quả cho thấy: ức chế gen OsRbohB dẫn đến phương pháp tiếp cận hiệu quả để giảm thiểu thiệt hại do nhiệt độ nóng và cải tiến được năng suất hạt, phẩm chất hạt trong nghiệm thức xử lý nóng dài hạn.
Xem https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14500

 

Sự không trùng khớp giữa tính kháng trong phòng thí nghiệm với tính kháng ở ngoài đồng đối với sâu Helicoverpa zea từ giống chuyển nạp gen Bt

Nguồn: Andrew W. Legan, Carson W. Allan, Zoe N. Jensen, Benjamin A. Degain, Fei Yang, David L. Kerns, Kyle M. Benowitz, Jeffrey A. Fabrick, Xianchun Li, Yves Carrière, Luciano M. Matzkin, and Bruce E. Tabashnik. 2024. Mismatch between lab-generated and field-evolved resistance to transgenic Bt crops in Helicoverpa zea. PNAS; November 6, 2024; 121 (47) e2416091121; https://doi.org/10.1073/pnas.2416091121

 

 

  

Cây trồng biến đổi gen sản sinh ra protein giết chết côn trùng hây hại có từ vi khuẩn Bacillus thuringiensis (Bt) kiểm soát đều loài sâu hại chính và làm làm việc sử dụng hóa chất trừ sâu để phun trên ruộng. Tuy nhiên, sự tiến hóa về tính kháng của cây trồng Bt đã và đang giảm dần hiệu quả. Hiểu biết sâu cơ sở di truyền tính kháng như vậy rất cần thiết để cải tiến khả năng phát hiện và chống lại sự kháng của sâu. Người ta thấy rằng tính kháng tiến hóa trên ruộng đối với giống cây trồng Bt của sâu keo mùa thu (corn earworm), một trong những đối tượng gây hại dữ dội nhất ở Hoa Kỳ, không liên quan đến đột biến của 20 gen được ghi nhận trước đây đối với tính kháng của Bt. Không phải lúc nào khả năng kháng gắn với số bản sao chép gia tăng của một chùm gen mã hóa protein “trypsin”. Kiến thức này có thể làm dễ dàng cho sự việc theo dõi tốt hơn và quản lý tính kháng sâu hại tốt hơn.
Cây trồng chuyển gen sản sinh ra protein tinh thể (Cry) có từ hệ gen của vi khuẩn Bacillus thuringiensis (Bt) đã và đang được người ta khai thác sử dụng rộng rãi nhằm kiểm soát một vào loài sâu hại chính của cây trồng. Tuy nhiên, nhiều quần thể của bướm đêm (noctuid moth) Helicoverpa zea, một trong những loài sâu hại nghiêm trọng bậc nhất tại Hoa Kỳ, đã và đang tiến hóa kháng lại giống bắp chuyển gen có nhiều “Cry proteins” bao gồm Cry1Ac. Mặc dù, các đột biến của các gen đơn mà nó có liên quan đến tính kháng của “Cry proteins” đã được xác nhận trong những chủng nòi ở phòng thí nghiệm và trên gen được chỉnh sửa đối với loài H. zea, các loài khác thuộc Lepidoptera, cơ sở di truyền của tiến hóa trên đồng ruộng về tính kháng của Cry proteins trong côn trùng H. zea vẫn còn mù mờ. Người ta sử dụng “genomics” để phân tích cơ sở di truyền về tính kháng bị tiến hóa trên ruộng đối với Cry1Ac trong 937 mẫu côn trùng H. zea thu từ 17 địa điểm khác nhau trong 7 Bang ở miền nam Hoa Kỳ. Người ta phát hiện sự kiện dòng chảy của gen (gene flow) trong tất cả những quần thể nghiên cứu. Tính kháng tiến hóa trên ruộng không hề gắn với bất cứ độ biến nào trong 20 gen đơn ứng cử viên được thấy trước đây, khẳng định kháng hoặc nhiễm của “Cry proteins” trong H. zea hoặc loài sâu bướm có hại khác. Thật vậy, tính kháng trên đồng ruộng được gắn kết với số bản sao chép gia tăng từ một chùm gen (cluster) bao gồm 9 gen mã hóa trypsin. Tuy nhiên, sự khuếch đại của “trypsin gene” xảy ra trong mẫu cây nhiễm sâu và không có mẫu nào kháng, ngụ ý rằng sự khếch đại luôn luôn không liên quan đến tính kháng và sự đột biết của những gen khác cũng có thể đóng góp sự tiến hóa tính kháng trên đồng ruộng đối với Cry1Ac của sâu H. zea. Sự không trùng khớp giữa tính kháng trong phòng thí nghiện và tiến hóa trên ruộng của sâu H. zea không giống như các trường hợp khác của tính kháng Bt, phản ánh những thách thức trong quản lý sâu hại cây trồng.
Xem https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2416091121

 

  

 

Hình: Kết quả chạy GWAS của tính kháng sâu hại H. zea đối với protein Cry1Ac trên kết quả phân tích 4,2 triệu chỉ thị SNPs từ mẫu côn trùng ngoài đồng, kháng (TAMU-R) hoặc nhiễm (TAMU-S) đối với Cry1Ac trong xét nghiệm ở phòng thí nghiệm. Kết quả chạy GWAS trên cơ sở (A) từng chỉ thị SNPs; (B) sliding windows (500 Kb each). Kết quả phân tích (C) từng chỉ thị SNPs; (D) sliding windows trong vùng đích của nhiễm sắc thể 9 (4,84 – 5,79 Mb) gắn kết có ý nghĩa thống kê với tính kháng trong “genome-wide sliding window” kết quả của (B). Đường ngang màu đỏ chỉ ra ngưỡng “Bonferroni” hiệu đính, gắn kết có ý nghĩa với tính kháng: P = 1.2e−8 đối với chỉ thị đơn SNPs (A và C); P = 3.3e−5 đối với “sliding windows” (B và D). Các gen biểu thị bằng mũi tên định dạng 5’ - 3’ với màu vàng cam là gen mã hóa trypsin; mày xám là các gen khác. Từ trái sang phải, những proteins được mã hóa trypsin bởi 9 là những granzyme M-like (a serine protease), chymotrypsin-like elastase family member 2A, anionic trypsin-2-like, trypsin-like, trypsin delta-like, serine protease 30-like (two variants), và trypsin 3A1-like (two variants). Hai gen tại “upstream” của 9 gen mã hóa trypsin mã hóa proteins myrosinase 1-like và disks large homolog 2-like.